玻璃砂的硬化方法可分為熱硬法、氣硬法和自硬法三大類(lèi)，包括很多種方法。但目前常用的硬化方法主要有以下兩種：
1、普通CO2氣硬法
此法是水玻璃粘結(jié)劑領(lǐng)域里應(yīng)用最早的一種快速成型工藝，由于設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，使用靈活，成本低廉，在國(guó)內(nèi)外大多數(shù)的鑄鋼件生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。CO2氣體硬化水玻璃砂的主要優(yōu)點(diǎn)是：硬化速度快，強(qiáng)度高；硬化后起模，鑄件精度高。普通CO2氣體硬化水玻璃砂的缺點(diǎn)是：型（芯）砂強(qiáng)度低，水玻璃加入量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）往往高達(dá)7~8%或者更多；含水量大，易吸潮；冬季硬透性差；潰散性差，舊砂再生困難，大量舊砂被廢棄，造成環(huán)境的堿性污染。
2、有機(jī)酯自硬法
此法是采用液體的有機(jī)酯代替CO2氣體作水玻璃的硬化劑。
這種硬化工藝的優(yōu)點(diǎn)是：型（芯）砂具有較高的強(qiáng)度，水玻璃加入量可降至3.5%以下；冬季硬透性好，硬化速度可依生產(chǎn)及環(huán)境條件通過(guò)改變粘結(jié)劑和固化劑種類(lèi)而調(diào)整（5~150min）；型（芯）砂潰散性好，鑄件出砂清理容易，舊砂易干法再生，回用率≥80%，減少水玻璃堿性廢棄砂對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染，節(jié)約廢棄砂的運(yùn)輸、占地等費(fèi)用，節(jié)約優(yōu)質(zhì)硅砂資源；型砂熱塑性好，發(fā)氣量低，可以克服呋喃樹(shù)脂砂生產(chǎn)鑄鋼件時(shí)易出現(xiàn)的裂紋、氣孔等缺陷；可以克服CO2水玻璃砂存在的砂型表面穩(wěn)定性差、容易過(guò)吹等工藝問(wèn)題，鑄件質(zhì)量和尺寸精度可與樹(shù)脂砂相媲美；在所有自硬砂工藝中生產(chǎn)成本更低，勞動(dòng)條件好。
該硬化工藝的主要缺點(diǎn)是：型芯砂硬化速度較慢，流動(dòng)性較差。
目前鑄造生產(chǎn)中，有時(shí)采用復(fù)合硬化工藝，例如短時(shí)吹CO2達(dá)到起模強(qiáng)度后先起模，再吹熱空氣，或烘干，或利用有機(jī)酯自硬，或自然脫水干燥，以獲得較大的終強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。
水玻璃砂鑄造時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)注意以下幾個(gè)主要問(wèn)題：
1、影響水玻璃“老化”的因素有哪些？如何消除水玻璃“老化”？
新制備的水玻璃是一種真溶液。但是在存放過(guò)程中，水玻璃中硅酸要進(jìn)行縮聚，將從真溶液逐步縮聚成大分子的硅酸溶液，最后成為硅酸凝膠。因此，水玻璃實(shí)際上是一種由不同聚合度的聚硅酸組成的非均相混合物，易受其模數(shù)、濃度、溫度、電解質(zhì)含量和存放時(shí)間的影響。水玻璃在存放過(guò)程中分子產(chǎn)生縮聚，形成凝膠，其粘結(jié)強(qiáng)度隨著貯存時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸降低，這一現(xiàn)象稱(chēng)為水玻璃“老化”。
“老化”現(xiàn)象可由下述兩組試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明：高模數(shù)水玻璃（M=2.89，ρ=1.44g/cm3）貯放20、60、120、180、240天后，吹CO2硬化的水玻璃砂干拉強(qiáng)度相應(yīng)下降9.9%、14%、23.5%、36.8%和40%；低模數(shù)水玻璃（M=2.44，ρ=1.41g/cm3）貯放7、30、60和90天后，干拉強(qiáng)度分別下降4.5%、5%、7.3%和11%。
水玻璃存放時(shí)間對(duì)酯硬化水玻璃自硬砂初期強(qiáng)度影響不大，但對(duì)后期強(qiáng)度影響明顯，據(jù)測(cè)定，對(duì)于高模數(shù)水玻璃下降60%左右，對(duì)于低模數(shù)水玻璃下降15~20%。殘留強(qiáng)度也隨存放時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。
水玻璃在存放過(guò)程中聚硅酸的縮聚反應(yīng)和解聚反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行著，分子量發(fā)生了歧化，最終生成單正硅酸和膠粒并存的多重分散體系，也就是在水玻璃的老化過(guò)程中，聚硅酸的聚合度發(fā)生了歧化，單正硅酸和高聚硅酸的含量均隨存放時(shí)間的延長(zhǎng)而增多。水玻璃在存放中縮聚、解聚反應(yīng)的結(jié)果，使粘結(jié)強(qiáng)度下降了，即產(chǎn)生“老化”現(xiàn)象。
影響水玻璃“老化”的因素主要有：存放時(shí)間、水玻璃的模數(shù)和濃度。存放時(shí)間越長(zhǎng)，模數(shù)越高，濃度越大，則“老化”越嚴(yán)重。
對(duì)久存的水玻璃可以采用多種方法的改性處理，以消除“老化”，使水玻璃恢復(fù)到新鮮水玻璃的性能：
1、物理改性
水玻璃老化是緩慢釋放能量的自發(fā)過(guò)程，用物理改性處理“老化”的水玻璃就是用磁場(chǎng)、超聲波、高頻或加熱等辦法，向水玻璃體系提供能量，促使高聚合的聚硅酸膠粒重新解聚，促使聚硅酸的分子量重新均勻化，從而消除了老化現(xiàn)象，這就是物理改性的機(jī)理。例如，用磁場(chǎng)處理后，水玻璃砂的強(qiáng)度提高了20~30%，減少水玻璃加入量30~40%，節(jié)約CO2，改善潰散性，有較好的經(jīng)濟(jì)效益。
物理改性的缺點(diǎn)是不持久，處理后再貯放，粘結(jié)強(qiáng)度又會(huì)下降，故適用于鑄造廠處理后盡快使用。尤其是M>2.6的水玻璃，硅酸分子濃度大，經(jīng)過(guò)物理改性解聚后又會(huì)較快地縮聚，更好是處理后立即使用。
2、化學(xué)改性
化學(xué)改性是往水玻璃中加入少量化合物，這些化合物均含有羧基、酰胺基、羰基、羥基、醚基、氨基等極性基團(tuán)，通過(guò)氫鍵或靜電將其吸附在硅酸分子或膠粒表面，改變其表面位能和溶劑化能力，提高聚硅酸穩(wěn)定性，從而阻止“老化”進(jìn)行。
例如往水玻璃中加入聚丙烯酰胺、改性淀粉、聚磷酸鹽等，可取得較好的效果。往普通水玻璃甚至改性水玻璃中摻入有機(jī)物可以起到多種作用，如：改變水玻璃的粘流性質(zhì)；改善水玻璃混和料的造型性能；提高粘結(jié)強(qiáng)度，使水玻璃的加入量減少；提高硅酸凝膠的可塑性；降低殘留強(qiáng)度，使水玻璃砂更適用于鑄鐵和有色合金。
3、物理—化學(xué)改性
物理改性適宜于已“老化”的水玻璃，改性后立即使用。化學(xué)改性適宜于處理新鮮水玻璃，改性后的水玻璃可較長(zhǎng)時(shí)間的存放。物理改性與化學(xué)改性結(jié)合起來(lái)，能使水玻璃具有持久的改性效果，例如在高壓釜中加聚丙烯酰胺來(lái)改性“老化”的水玻璃效果很好，其中利用高壓釜的壓力和攪拌是屬于物理改性，加聚丙烯酰胺是化學(xué)改性。
——摘自洲際鑄造官方網(wǎng)站
